玉米秸稈還田結合不同耕作方式的種植技術實踐

針對玉來秸稈資源化利用與耕作方式優化的雙重需求，本研究通過田間試驗與理論分析，系統探討了秸稈還田與不同耕作方式的協同作用機制及其對土壤質量、作物產量和生態效益的影響。本研究提出的技術適配方案為不同生態區玉米可持續生產提供了理論依據與實踐參考，未來需進一步結合智能化農機裝備與長期定位試驗，完善技術標準化體系。

玉米作為我國第一大糧食作物，其年產量占全球總產量的20% 以上，而秸稈資源量亦高達2.8億噸/年。傳統處理方式中，秸稈焚燒不僅造成資源浪費，更引發嚴重的大氣污染問題；而直接還田若缺乏科學配套技術，易導致土壤病菌累積、養分失衡及出苗率下降。與此同時，長期單一耕作模式引發的土壤結構破壞、有機質下降及水土流失問題日益凸顯，嚴重威脅農業可持續發展。在此背景下，探索秸稈還田與耕作方式的協同優化技術，成為實現玉米生產“藏糧于地、藏糧于技”戰略的關鍵路徑。

一、玉米秸稈還田技術原理與模式

1、秸稈還田的生態效應

玉米秸稈還田是改善農田生態系統功能的重要途徑，其生態效應體現在土壤結構、肥力及微生物活性等多個層面。首先，從物理結構看，秸稈還田能夠顯著優化土壤孔隙度與團聚體穩定性。秸稈分解過程中形成的腐殖質可包裹土壤顆粒，促進微團聚體向大團聚體轉化，使土壤容重降低 0.1-0.3g/cm³ ，總孔隙度增加。這種結構改善不僅增強了土壤通氣透水性，還為根系生長提供了疏松環境，尤其在黏重土壤中效果更為顯著。其次，在養分循環方面，秸稈富含的碳、氮、磷、鉀等元素通過礦化作用逐步釋放。研究表明，每噸玉米秸稈(干基)含氮約8— 12kg 磷2-4kg、鉀 15-20kg ，還田后第1年可釋放 30%-40% 的氮素，滿足玉米生長前期需求。同時，秸稈分解產生的有機酸能活化土壤中的難溶性養分，將無效態磷轉化為有效磷，提高磷素利用率。長期還田還可提升土壤陽離子交換量(CEC)，增強保肥能力。此外，微生物群落是秸稈還田生態效應的核心驅動者。秸稈中的纖維素、半纖維素為真菌、細菌等微生物提供碳源，刺激其繁殖與代謝。研究發現，秸稈還田后土壤細菌數量可增加1—2個數量級，放線菌與真菌比例趨于平衡。這些微生物通過分泌胞外酶加速秸稈分解，同時形成穩定的土壤微生物一有機質復合體，促進

碳的長期固存。

2、秸稈還田關鍵技術參數

秸稈還田效果受還田量、粉碎程度、還田時間及配套措施等多重因素影響，需科學調控以實現最佳效益。還田量需根據土壤質地與種植制度確定。一般推薦全量還田用于地力基礎較好的田塊，而黏重土壤或新墾耕地宜采用半量還田，避免碳氮比失衡導致微生物與作物爭氮。過量還田可能引發土壤通氣不良，影響種子發芽與幼苗生長。粉碎程度直接影響秸稈分解速率。研究表明，秸稈長度控制在5— 10cm 時，分解效率比未粉碎秸稈提高40% 一 60% 。粉碎過細雖能加速腐解，但可能增加機械能耗與王壤壓實風險。還田時間需與耕作制度銜接，北方旱作區宜在玉米收獲后立即還田，利用秋冬季低溫前的窗口期促進微生物活動；而水田或雨季還田需防范秸稈漂浮或厭氧發酵產生的有害氣體。

配套措施是保障還田效果的關鍵。氮肥調控尤為重要，建議每噸秸稈增施純氮 5-8kg ，以平衡碳氮比(C:N)至25:1，緩解微生物分解秸稈時的氮素競爭。添加秸稈腐熟劑可縮短腐解周期15—20天，但需注意菌種與土壤環境的適配性。此外，深松或旋耕等耕作措施有助于秸稈與土壤充分混合，避免表層富集導致的保能力下降。

3、典型還田模式對比

當前玉米秸稈還田模式主要包括粉碎翻埋、覆蓋還田與生物炭化還田，其適用性與效果差異顯著。粉碎翻埋還田通過機械作業將秸稈均勻混入 10-20cm 王層，適合地力中等、耕作條件較好的區域。該模式能快速提升土壤有機質含量，但翻耕可能破壞土壤團聚體結構，增加水土流失風險。

覆蓋還田分為地表覆蓋與溝埋兩種形式。地表覆蓋可減少土壤水分蒸發，抑制雜草生長，但低溫季節可能影響地溫回升，導致出苗延遲。溝埋還田將秸稈集中填埋于播種帶兩側，既保留覆蓋優勢，又避免秸稈直接接觸種子。該模式可降低土壤侵蝕，但需配套免耕播種機以避免機械擁堵。

生物炭化還田是將秸稈熱解為生物炭后還田的新興模式。生物炭具有多孔結構與高穩定性，可提升土壤碳庫容量與保水能力。然而，該技術需額外投入熱解設備，成本較高，目前多用于高附加值作物產區或污染土壤修復。

綜合來看，不同還田模式需根據區域氣候、土壤條件及生產目標選擇。例如，干旱區宜優先采用覆蓋還田以保，而地力提升需求迫切的區域可結合粉碎翻埋與有機肥配施。

二、不同耕作方式的技術特征

1、傳統耕作方式分析

傳統耕作方式，長期以來在農業生產中占據主導地位，以鏵式犁翻耕和旋耕為典型代表，其核心目標在于通過機械作用對土壤結構進行重塑，從而為作物播種創造出一個疏松且適宜的種床環境。

首先，鏵式犁翻耕，作為一種深度耕作方式，其工作原理主要依賴于犁鏵的特殊設計。犁鏵在牽引力的作用下切入土壤，將表層土壤翻轉至下層，這一過程中，耕作深度通常可達20—30cm 這種深度翻耕具有顯著的優勢，它能夠有效地將秸稈殘茬和雜草種子掩埋于土壤深層，從而減少病蟲害的滋生源頭，降低農作物受病蟲害侵襲的風險。然而，長期連續的翻耕作業會對土壤結構產生不利影響。土壤團聚體，作為土壤結構的基本單元，在翻耕過程中極易遭到破壞，導致土壤顆粒分散，進而使得表層有機質加速礦化分解，土壤肥力下降。特別是在坡地或風蝕區，翻耕后疏松的土壤由于缺乏植被覆蓋和土壤結構的保護，更易發生水土流失現象，造成土壤資源的嚴重損失。其次，旋耕則是利用旋耕刀片的高速旋轉切割作用，將土壤切碎并充分混合。其耕作深度一般為 10-15cm ，相較于翻耕，旋耕作業效率更高，能夠在短時間內完成大面積的土壤耕作任務。而且，旋耕后形成的田面較為平整，有利于后續機械化播種作業的順利進行，提高了農業生產的效率和精準度。但旋耕的淺層擾動特性也限制了其對深層土壤的改良效果。長期旋耕會導致犁底層逐漸加厚，一般可達 12-15cm ，這層緊實的犁底層會阻礙作物根系的下扎和水分的下滲，影響作物對土壤深層水分和養分的吸收利用。在黏重土壤中，旋耕還可能形成更為緊實的犁底層界面，進一步增加土壤板結的風險，降低土壤的透氣性和透水性，不利于作物的生長。

傳統耕作方式的適應性在很大程度上受到氣候與土壤條件的制約。在冬春季節，頻繁的翻耕作業會破壞土壤表面覆蓋，使土壤暴露在外，易導致土壤風蝕，造成土壤肥力下降和生態環境惡化。

2、保護性耕作技術

保護性耕作作為一種先進的農業可持續發展技術體系，其核心在于最小化土壤擾動并維持地表覆蓋，旨在通過科學手段實現土壤保護、生態修復與農業生產的協同共進。該技術體系主要涵蓋免耕與深松兩種關鍵耕作方式，每種方式均蘊含著深厚的專業內涵與技術精髓。

首先，免耕技術，作為保護性耕作的重要組成部分，其本質在于徹底摒棄傳統的鏵式犁翻耕作業，轉而采用直接在前茬作物殘茬上播種的創新模式。這一轉變不僅極大地減少了土壤的物理擾動，更使得地表秸稈覆蓋率得以穩定維持在 30% 以上，形成了一層天然的土壤保護屏障。從土壤侵蝕控制的角度來看，免耕技術通過減少雨滴直接擊打土壤表面和降低地表徑流速度，顯著降低了水蝕和風蝕的風險。同時，由于減少了機械壓實作用，土壤容重相較于傳統翻耕方式可降低 0.05-0.1g/cm³ ，這一變化直接促進了土壤孔隙度的增加，為作物根系提供了更加疏松、透氣的生長環境，有利于根系的深扎與擴展，進而增強了作物的水分吸收能力和抗逆性。其次，深松技術，則是通過特制的深松鏟深入土壤，以非翻轉的方式打破長期形成的犁底層，其作業深度可達 30-40cm 。這一深度范圍的選擇，是基于對土壤結構和作物根系生長需求的深入考量。深松作業能夠顯著改善土壤的通透性，促進空氣、水分和養分在土壤中的垂直遷移，為作物根系的下扎和深層土壤水分的有效利用創造了有利條件。華北平原的對比試驗數據表明，深松后玉米根系分布深度可增加15— 20cm ，土層水分含量顯著提高，這對于提升作物抗旱能力和產量具有重要意義。此外，深松作業還加速了秸稈腐解產物的垂直遷移，使得深層土壤有機質含量得到有效提升，進一步改善了王壤肥力。然而，深松作業的實施需配套重型機械，且深松間隔需根據土壤類型進行精細調整。對于黏重土壤，建議每2—3年進行1次深松作業；而對于砂壤土，則可適當延長至4一5年，以確保土壤結構的穩定性和可持續性。

盡管保護性耕作技術帶來了顯著的生態效益，但在實際應用過程中也面臨著一系列挑戰。免耕初期，由于地表覆蓋物的存在，可能會產生低溫效應，導致種子發芽延遲。特別是在春季低溫地區，這一問題尤為突出。因此，需選擇耐低溫品種或調整播種期以應對這一挑戰。深松后，表層土壤變得疏松，若遇暴雨天氣，易引發地表徑流和土壤侵蝕。為此，需結合秸稈覆蓋或等高種植等輔助措施，以減少雨水對土壤的沖刷作用。

3、復合耕作模式

復合耕作模式作為現代農業發展的重要創新，通過科學整合旋耕、深松、免耕等多種耕作技術，實現了土壤改良與生產效率的有機統一。首先，旋耕一深松聯合作業作為該模式的典型代表，其技術原理在于先利用旋耕機刀片的高速旋轉，將表層土壤破碎成細小顆粒，有效改善土壤團粒結構，增強土壤透氣性和保水性。隨后，深松鏟以較大的工作深度插入土壤，打破長期耕作

46|農民致富友

形成的堅硬犁底層，促進土壤深層的水分、養分和空氣交換，為作物根系向深層生長創造有利條件。這種模式在黃淮海平原應用廣泛，旋耕深度 12-15cm 配合深松 35-40cm ，使玉米根系分布更均勻。其次，條帶耕作則是一種基于空間分區的優化耕作方式。它根據作物生長需求和土壤特性，將農田劃分為播種帶和非播種帶。在播種帶進行 8-10cm 的淺旋耕，為種子發芽和幼苗生長提供疏松、肥沃的種床；非播種帶則保持免耕或深松狀態，減少土壤擾動，保護土壤結構和微生物群落。條帶耕作結合秸稈覆蓋技術，免耕帶的秸稈能夠有效減少風蝕和水蝕，保持土壤肥力；旋耕帶則為玉米生長提供了良好的土壤環境，促進了玉米根系的發育和養分的吸收，從而顯著提高了玉米產量。

復合耕作模式的優勢不僅體現在其技術整合上，更在于其靈活性和適應性。針對不同氣候條件和土壤類型，可以靈活調整耕作技術的組合方式。例如，在干旱區可采用\"深松 ⁺ 秸稈覆蓋 _?+ 免耕播種\"組合，通過深松打破犁底層、秸稈覆蓋減少水分蒸發、免耕播種保護土壤結構，實現節水保和增產增收；而在多雨區則適用“旋耕 + 條帶深松\"模式，通過旋耕改善土壤透氣性、條帶深松促進排水和根系發育，提高作物的抗澇能力和產量穩定性。

三、秸稈還田與耕作方式的協同機制

1、土壤物理性狀響應

秸稈還田與耕作方式的協同作用對土壤物理性狀產生顯著影響，主要體現在土壤結構改善與水分管理優化兩方面。秸稈還田后，其分解過程中釋放的有機物質與土壤顆粒結合，形成穩定的團聚體結構。傳統翻耕雖能短期內增加土壤疏松度，但長期翻耕易破壞大團聚體，導致土壤板結。而保護性耕作結合秸稈還田，則能有效促進土壤團聚體的形成與穩定。例如，深松打破犁底層后，秸稈腐解產物可隨水分下滲至深層土壤，增加土壤孔隙度與通氣性。

在水分管理方面，秸稈覆蓋還田能顯著減少土壤水分蒸發，提高土壤保水能力。免耕條件下，秸稈層形成天然屏障，使土壤蒸發量降低，尤其在干旱季節效果更為顯著。而深松結合秸稈還田則通過增加土壤深層儲水空間，提高土壤的水分入滲率與持水能力。

2、土壤化學性質變化

秸稈還田與耕作方式的協同作用對土壤化學性質產生深遠影響，主要體現在養分循環與酸堿平衡兩方面。秸稈富含的碳、氮、磷、鉀等元素在分解過程中逐步釋放，為作物生長提供養分。傳統翻耕雖能促進秸稈與土壤的混合，但易導致養分快速礦化流失。而保護性耕作結合秸稈還田，則能減緩養分釋放速率，提高養分利用率。例如，免耕條件下秸稈覆蓋層能減少養分隨雨水淋失，使土壤有機質逐年增加，全氮含量提高。

在酸堿平衡方面，秸稈還田能顯著降低土壤酸度，緩解土壤酸化問題。秸稈分解過程中產生的有機酸雖短期內可能降低土壤pH值，但長期還田能增加土壤陽離子交換量(CEC)，促進鈣、鎂等鹽基離子的吸附，從而中和土壤酸性。研究表明，連續5年秸稈還田使土壤 pH 值提高0.1—0.3個單位，交換性鋁含量降低，有效改善了土壤酸堿環境。此外，深松結合秸稈還田還能促進深層土壤養分的活化與遷移，使土壤養分分布更均勻，提高作物對養分的吸收效率。

3、土壤生物學特性

秸稈還田與耕作方式的協同作用對土壤生物學特性產生積極影響，主要體現在微生物群落結構與酶活性兩方面。秸稈為土壤微生物提供了豐富的碳源與能源，促進了微生物的繁殖與代謝。保護性耕作減少了土壤擾動，為微生物創造了穩定的生存環境。例如，免耕結合秸稈還田使土壤細菌數量增加1—2個數量級，真菌與放線菌比例趨于平衡，微生物多樣性顯著提高。

在酶活性方面，秸稈還田能顯著提高土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶等水解酶的活性，加速有機質的分解與養分的釋放。深松結合秸稈還田還能促進土壤深層微生物的活性，使酶活性在垂直剖面上分布更均勻。研究表明，深松 30cm 配合秸稈還田可使土層蔗糖酶活性及脲酶活性提高，顯著增強了土壤的生物化學過程。這些酶活性的提高不僅促進了秸稈的分解與養分的轉化，還為作物生長提供了充足的養分供應。

綜上所述，本研究系統解析了玉米秸稈還田技術原理、耕作方式特征及其協同機制，明確了優化路徑對農田生態系統功能提升的關鍵作用。結果表明，秸稈還田通過改善土壤結構、提升肥力及激活微生物活性，與保護性耕作協同可顯著提高土壤孔隙度與保水能力，促進養分緩慢釋放與酸堿平衡，增強微生物活性與酶活性，形成良性循環的土壤生態體系。

（作者單位：150000黑龍江省現代農業試驗示范中心）